Bronnen van de ondergrondgegevens van de BrugeoTool-applicatie

Deze pagina behandelt de bronnen van de gegevens van de ondergrond die door de tools "Geothermische analyse" en "(Hydro)Geologische synthese" van de BrugeoTool-applicatie worden geleverd. Voor informatie over de andere gegevens die worden gebruikt en verstrekt door de applicatie (cartografische lagen, processen en vergunningen, voorbeelden van schattingen enz.) verwijzen we naar de FAQ.

Topografische gegevens

Het Digitaal Terreinmodel (DTM) dat gebruikt wordt door de BrugeoTool-applicatie is het model dat is gebruikt voor de bouw van het geologisch model BruStrati3D v1.0 (het bouwverslag van dit model geeft details over de bouw van het DTM). Het gaat om een DTM met een resolutie van 10x10 m, Belgische Lambert 1972-projectie, dat het hele Brussels Hoofdstedelijk Gewest (BHG) en een bufferzone van 500 m errond bestrijkt. Het is het resultaat van de samenvoeging van:

  • Een DTM afgeleid van door Urbis verstrekte LIDAR-gegevens, initieel met een resolutie van 1x1m, maar opnieuw bemonsterd om een resolutie van 10x10m te verkrijgen. Dat laatste is de bron van alle topografische gegevens die door de BrugeoTool-applicatie in het BHG worden gebruikt, evenals van het merendeel van de gegevens die in de bufferzone van 500 m rond het BHG worden gebruikt. Voor meer details over het DTM dat door URBIS wordt verstrekt, zie de technische specificaties van Urbis-gegevens (CIBG, 2015).
  • Een DTM afgeleid van de SRTM-gegevens (Shuttle Radar Topography Mission), initieel met een resolutie van 80x80m en opnieuw bemonsterd naar een resolutie van 10x10m. Dat laatste is de bron van enkele topografische gegevens die door de BrugeoTool-applicatie aan de buitenrand van de 500 m-bufferzone rond het BHG worden gebruikt.

Stratigrafische gegevens

De diepte- en diktegegevens van de Stratigrafische Eenheden van het Brussels Hoofdstedelijk Gewest (SE/BHG) en de Hydrogeologische Eenheden van het Brussels Hoofdstedelijk Gewest (HE/BHG) zijn afgeleid van het geologisch model Brustrati3D v1.1 (2018). De gegevens die door de applicatie worden gebruikt zijn de dikterasters van dit model. Ze hebben een resolutie van 10x10m, Belgische Lambert 1972-projectie, en bestrijken het hele het Brussels Hoofdstedelijk Gewest (BHG), uitgebreid met een bufferzone van 500 m.

Daarnaast wordt de aan- of afwezigheid van de stratigrafische eenheden SE/BHG_13 Alluviale klei en SE/BHG_14 Alluviale leem, zand en grind en de hydrogeologische eenheid HE/BHG_1b Alluviale leem, zand en grind aquifer bepaald aan de hand van de uitbreidingen van de quartaire eenheden die in september 2018 uit de dataset "geology_stratigraphy" van de WFS-diensten van Databank Ondergrond Vlaanderen (DOV) zijn gehaald.

Voor de weergave van de stratigrafische kolom is een fictieve dikte toegewezen aan de SE/BHG_14 Alluviale leem, zand en grind (en dus aan de HE/BHG_1b Alluviale leem, zand en grind aquifer). Op elk punt waar de totale dikte van het Quartair groter is dan 3 m, is een dikte van 1,5 m toegewezen aan de SE/BHG_14 Alluviale leem, zand en grind. Wanneer de totale dikte van het Quartair minder dan 3 m is, is de dikte die wordt toegeschreven aan de SE/BHG_14 Alluviale leem, zand en grind de helft van de totale dikte van het Quartair. Vanwege hun onzekerheid wordt er geen dieptewaarde weergegeven voor de grens tussen de SE/BHG_13 Alluviale klei en de SE/BHG_14 Alluviale leem, zand en grind (deze waarde is vervangen door een "? ").

Piëzometrische gegevens

De piëzometrische gegevens die door de BrugeoTool-applicatie worden aangegeven, zijn afkomstig van twee hydrogeologische modellen met eindige elementen op FEFLOW®: Brussels Phreatic System Model v1.0 (M. Agniel, 2019) en Hydroland v1.0 (Aquale, 2016). De gegevens worden door de applicatie gebruikt in de vorm van rasters met een resolutie van 10x10m, Belgische Lambert 1972-projectie, die het hele Brussels Hoofdstedelijk Gewest bestrijken met een bufferzone van 500 m.

Brussels Phreatic System Model v1.0 (2019)

Brussels Phreatic System Model v1.0 (M. Agniel, 2019) is een digitaal model met eindige elementen ontwikkeld op FEFLOW® dat de grondwaterstromingsprocessen simuleert binnen de hydrogeologische eenheden van het Brusselse freatische systeem. 

BPSM is niet alleen een tool voor het strategische beheer van de grondwatervoorraden, maar heeft het ook mogelijk gemaakt om piëzometrische referentiekaarten (mei 2013) op te stellen van alle Hydrogeologische Eenheden van het Brussels Hoofdstedelijk Gewest (HE/BHG) aquiferen (en aquitards) die het freatische systeem van Brussel vormen:

  • Diepten van het piëzometrische freatische oppervlak (‘phreatic depth’);
  • Piëzometrische niveaus van de HE/BHG_1b Alluviale leem, zand en grind aquifer;
  • Piëzometrische niveaus van de HE/BHG_2 Hangend zandig aquifersysteem;
  • Piëzometrische niveaus van de HE/BHG_4 Zand van Wemmel, Lede, Brussel en Vlierzele aquifersysteem (beter bekend als Brusseliaanzanden);
  • Piëzometrische niveaus van de HE/BHG_6 Zand en klei van Tielt aquitard;
  • Piëzometrische niveaus van de HE/BHG_7b Zand en klei van Moen aquitard.

Er dient te worden opgemerkt dat op de schaal van het door het Brussels Gewest bestreken gebied een gemiddelde foutmarge van 0,45 m, een standaardafwijking van 0,66 m en een kwadratisch gemiddelde fout (RMS) van 0,67 kon worden berekend tussen de piëzometrische waarnemingen die representatief zijn voor de situatie in mei 2013 en de door BPSM gesimuleerde waarden.

De volgende nabehandelingen zijn toegepast op de uit BPSM geëxtraheerde piëzometrieën om ze bruikbaar te maken voor de applicatie:

  • TIN-interpolatie van de knooppunten van het BPSM-model om rasters te verkrijgen;
  • De piëzometrische rasters werden afgetopt met behulp van het gegeven DTM in de topografische gegevens om te voorkomen dat er piëzometrieën worden verkregen die groter zijn dan de topografie in het freatisch systeem;
  • Wanneer de piëzometrie van een bepaalde HE lager was dan de basis van die HE, werd de piëzometrische waarde verwijderd wanneer de onderliggende HE geen aquiclude was, of werd deze verhoogd tot de basis van de HE wanneer de onderliggende HE een aquiclude was. Speciaal geval: voor de HE/BHG_7b Zand en klei van Moen aquitard werd de piëzometrie verwijderd zodra deze onder de basis van deze HE kwam, zonder rekening te houden met het aquiclude karakter van de HE/BHG_7c Klei van Saint-Maur aquiclude.
  • De aldus verkregen rasters werden geknipt om de weergave van de piëzometrische waarden van elke HE te beperken tot hun eigen extensie.

Illustratie van nabehandelingen toegepast op piëzometrische rasters (fictieve snede)

Illustratie van nabehandelingen toegepast op piëzometrische rasters (fictieve snede). De initiële piëzometrische niveaus zijn die welke worden verkregen na interpolatie van de knooppunten van het hydrogeologisch model. De gecorrigeerde piëzometrische niv.

Naast de bovengenoemde HE's zijn deze acties ook uitgevoerd voor de HE/BHG_1a Ondiep quartair aquitardsysteem. Voor deze HE werd de piëzometrie verwijderd toen deze onder de basis van de HE kwam, behalve in het specifieke geval dat de HE/BHG_1b Alluviale leem, zand en grind aquifer (onderliggend) artesisch was. In dit geval werd de piëzometrie van de HE/BHG_1a Oppervlakkig quartair aquitardsysteem teruggevoerd naar de basis van de HE.

De rasters van de bovengenoemde HE's (inclusief de HE/BHG_1a Oppervlakkig quartair aquitardsysteem) zijn vervolgens gebruikt om het freatisch niveau (en de freatische diepte) te berekenen. Op elk punt is het freatisch niveau gelijk aan de piëzometrie van de eerste HE met een piëzometrische waarde aangetroffen in stratigrafische volgorde (van de hoogste naar de laagste). Als er geen piëzometrische waarde wordt aangetroffen, wordt de piëzometrische waarde van de HE/BHG_7b Zand en klei van Moen aquitard ongecorrigeerd voor de basis gebruikt (niet verwijderd). In dit geval bevindt het freatisch niveau zich dan binnen de HE/BHG_7c Klei van Saint-Maur aquiclude.

De absolute waarden van de piëzometrische niveaus afkomstig van BPSM v1.0 (2019) worden omgezet in relatieve waarden voor de behoeften van de BrugeoTool-applicatie met behulp van de topografische gegevens die door de applicatie worden gebruikt.

Hydroland v1.0 (2016)

Hydroland v1.0 (Aquale, 2016) is een digitaal model met eindige elementen dat is ontwikkeld op FEFLOW® en dat de grondwaterstromingsprocessen binnen de HE/BHG_8a Landeniaan zand aquifer simuleert.

Hydroland is niet alleen een tool voor het strategische beheer van de grondwatervoorraden, maar heeft het ook mogelijk gemaakt om piëzometrische referentiekaarten (mei 2013) op te stellen van de laag Landeniaan zand.

Er dient opgemerkt dat op de schaal van het door het Brussels Gewest bestreken gebied een gemiddelde foutmarge van 1.11 m kon worden berekend tussen de piëzometrische waarnemingen die representatief zijn voor de situatie in mei 2013 en de door Hydroland gesimuleerde waarden.

Het piëzometrische raster van de HE/BHG_8a Landeniaan zand aquifer dat door de applicatie wordt geëxploiteerd, werd verkregen door het uitvoeren van een TIN-interpolatie van de knooppunten die uit het Hydrolandmodel werden gehaald. Dit piëzometrische raster is uitgesneden om de weergave van piëzometrieën te beperken tot de uitbreiding van deze HE.

De absolute waarden van de piëzometrische niveaus afkomstig van Hydroland v1.0 (2016) worden omgezet in relatieve waarden voor de behoeften van de BrugeoTool-applicatie met behulp van de topografische gegevens die door de applicatie worden gebruikt.

Thermische geleidbaarheid

Inleidende nota: De BrugeoTool-applicatie biedt verschillende waarden van thermische geleidbaarheid:
-    De "verzadigde" en "onverzadigde" thermische geleidbaarheidswaarden, die specifiek zijn voor elke stratigrafische eenheid en die in de kolom "λ (W/(m.K)" zijn vermeld en worden weergegeven door de breedte van de gekleurde rechthoeken op de thermische geleidbaarheidsgrafiek. De methodologie voor het bepalen van deze waarden wordt hieronder toegelicht;
-    De schijnbare thermische geleidbaarheid op een bepaalde diepte, die wordt gedefinieerd als de gemiddelde thermische geleidbaarheid van een bodemkolom tussen het oppervlak en de gegeven diepte. De schijnbare thermische geleidbaarheid wordt vermeld in de cel "schijnbare λ (W/(m.K))" en is afhankelijk van de diepte die de gebruiker vlak eronder definieert. De evolutie van de schijnbare thermische geleidbaarheid in functie van de diepte wordt weergegeven door de rode curve op de thermische geleidbaarheidsgrafiek. De schijnbare thermische geleidbaarheid wordt dus berekend aan de hand van de "verzadigde" en "onverzadigde" thermische geleidbaarheid van de stratigrafische eenheden die tussen het oppervlak en de gegeven diepte worden aangetroffen. De berekeningsmethode wordt uiteengezet in de FAQ. 

De waarden inzake thermische geleidbaarheid die door BrugeoTool-applicatie worden verstrekt, zijn afkomstig van de studie "Bepaling van de thermische geleidbaarheid van de geologische formaties in de ondergrond van het Brussels Hoofdstedelijk Gewest met het oog op de predimensionering van geothermische sondes (Gerard et al. 2020)" uitgevoerd door de Université Libre de Bruxelles (ULB).

In deze studie worden alle Stratigrafische Eenheden van het Brussels Hoofdstedelijk Gewest (SE/BHG) in aanmerking genomen, maar met twee bijzondere gevallen:

  • De quartaire SE’s zijn niet gediscretiseerd en er zijn slechts twee schijnbare thermische geleidbaarheden (één ‘onverzadigd’ en één ‘verzadigd’) berekend, die over de hele dikte van het Quartair zijn geïntegreerd;
  • De SE/BHG_92 Paleozoïsche sokkel is niet in lithologische eenheden gediscretiseerd en er is slechts één ‘verzadigde’ thermische geleidbaarheid berekend, ongeacht de sterke lithologische variaties van deze SE.

Voor elke SE werden twee waarden van thermische geleidbaarheid berekend:

  • Een waarde van thermische geleidbaarheid die ‘onverzadigd’ wordt genoemd en overeenkomt met de thermische geleidbaarheid van de SE boven het grondwaterpeil;
  • Een waarde van thermische geleidbaarheid die ‘verzadigd’ wordt genoemd en overeenkomt met de thermische geleidbaarheid van de SE als deze volledig verzadigd is met water (onder het grondwaterpeil).

Deze waarden van thermische geleidbaarheid houden geen rekening met het begrip ‘verzadigingspercentage’. Er dient opgemerkt dat voor de SE’s, genummerd 71 en 92, alleen een zogenaamde ‘verzadigde’ thermische geleidbaarheid is vastgesteld. Bovendien werd elke stratigrafische eenheid verondersteld homogeen te zijn in termen van thermische geleidbaarheid op de schaal van het Brussels Hoofdstedelijk Gewest: de waarden van thermische geleidbaarheid die aan elke SE worden toegekend variëren dus niet ruimtelijk.

Aan de andere kant lijkt de methodologie voor het bepalen van de thermische geleidbaarheid van elke SE de thermische geleidbaarheid van weinig geleidende bodems (λ<1,9 W/mK) te overschatten en die van meer geleidende bodems (λ>1,9 W/mK) te onderschatten, met in beide gevallen relatieve fouten op de thermische geleidbaarheid van maximaal 20% en gemiddeld 10%.

Deze relatieve fout in de thermische geleidbaarheid van de SE’s leidt tot een fout in de berekening van de lengte van de geothermische sonde die nodig is om een gebouw van warmte/koude te voorzien. In de overgrote meerderheid van de situaties wordt de relatieve fout op de sondelengte niet versterkt en blijft ze dus kleiner dan de relatieve fout op de thermische geleidbaarheid. Bij gebrek aan een karakterisering ter plaatse van de thermische geleidbaarheid van de ondergrond moet een veiligheid van maximaal 20% op de sondelengte, verkregen op basis van de thermische geleidbaarheden verstrekt door het BrugeoTool-portaal, in overweging worden genomen.

Meer details over de berekening van de thermische geleidbaarheden en de relatieve fouten zijn te vinden in het verslag van de ULB.

De BrugeoTool-applicatie maakt gebruik van deze gegevens van thermische geleidbaarheid door elke SE in ‘onverzadigde’ en ‘verzadigde’ diktes door te snijden en door de overeenkomstige ‘onverzadigde’ of ‘verzadigde’ thermische geleidbaarheid te associëren met elke dikte (uitzondering: voor eenheden die hoofdzakelijk uit klei bestaan, werd deze doorsnede niet uitgevoerd en werd er enkel een ‘verzadigde’ waarde van thermische geleidbaarheid toegekend over hun volledige dikte). De ‘onverzadigde’ en ‘verzadigde’ diktes worden door de applicatie berekend met behulp van de stratigrafische en piëzometrische gegevens. Er zijn drie gevallen mogelijk, afhankelijk van de positie van het piëzometrische niveau van de Hydrogeologische Eenheid van het Brussels Hoofdstedelijk Gewest (HE/BHG) waartoe de SE in kwestie behoort:

  • als het piëzometrische niveau boven de top van de SE ligt, wordt de  SE over haar hele dikte als ‘verzadigd’ beschouwd;
  • als het piëzometrische niveau onder de basis van de SE ligt, wordt de  SE over haar hele dikte als ‘onverzadigd’ beschouwd;
  • als het piëzometrische niveau zich tussen de basis en de top van de SE bevindt, wordt de  SE beschouwd als ‘verzadigd’ van de basis tot het piëzometrische niveau, en vervolgens als ‘onverzadigd’ van het piëzometrische niveau tot de top.

Hydraulische geleidbaarheid

BrugeoTool biedt een niet-ruimtelijke referentiewaarde voor hydraulische geleidbaarheid (min, gem, max) voor elke Hydrogeologische Eenheid van het Brussels Hoofdstedelijk Gewest (HE/BHG) aquiferen en aquitards, met uitzondering van:

  • voor de HE/BHG_04 Zand van Wemmel, Lede, Brussel en Vlierzele aquifer waarbij de referentiewaarde wordt gediscretiseerd volgens de ligging op de rechter- of linkeroever van de Zenne, waarbij deze laatste over het algemeen de SE/BHG_43 Zand van Brussel mist (wat de discretisering van de geleidbaarheidswaarden rechtvaardigt);
  • voor de HE/BHG_09b Aquifersysteem van de paleozoïsche sokkel waarvan de hydraulische geleidbaarheid zeer sterk heterogeen lijkt, en met name afhangt van de lithologie, de geologische structuren en de mate van breuk van de watervoerende lagen van de sokkel.

De definitie van deze referentiewaarden was gebaseerd op een analyse van de volgende bronnen:

  • Resultaten van pomptesten;
  • Hydrogeologische studies uitgevoerd in het Brussels Gewest;
  • Wetenschappelijke publicaties (bv.: Relationship between sedimentary features and permeability at different scales in the Brussels Sands, Mathias POSSEMIERS, Marijke HUYSMANS, Luk PEETERS, Okke BATELAAN, Alain DASSARGUES, 2012);
  • Informatie met betrekking tot de karakterisering van grondwatermassa’s in Vlaanderen en Wallonië (bv.: Grondwater in Vlaanderen: het Brulandkrijtsysteem, 2008).

Potentieel open systeem

Het potentieel open systeem wordt kwalitatief gedefinieerd volgens drie verschillende klassen (interessant, beperkt of nulpotentieel) en uniform voor elk systeem Hydrogeologische Eenheid van het Brussels Hoofdstedelijk Gewest (HE/BHG). Deze classificatie hangt in wezen af van het aquifer/aquitard/aquiclude-karakter van de HE en meer bepaald van haar productiviteit (capteerbaar debiet), die voornamelijk een functie is van de hydraulische geleidbaarheid. Deze drie klassen kunnen op de volgende manier worden beschreven:

  • Groen = interessant potentieel: alleen aan bepaalde aquifer-eenheden toegewezen. Een productiviteit van meer dan of gelijk aan 10 m³/h per opvang/injectiedoublet (d.w.z. +/- 70 kW verwarmings- of koelvermogen/doublet) kan worden verwacht door de realisatie van een Hydrogeologische haalbaarheidsstudie). Open geothermische systemen exploiteren momenteel het grondwater van deze EH's;
  • Oranje = zeer beperkt potentieel: toegewezen aan aquitard-eenheden en aan de HE/BHG_1b Alluviale leem, zand en grind aquifer
    De aquitard-HE's zouden water kunnen leveren, maar waarschijnlijk in gematigde hoeveelheden, waardoor het vermogen van een toekomstig geothermisch systeem wordt beperkt. Daarnaast kunnen ook verstoppingsproblemen (verstopping van de zeven) optreden als gevolg van het kleiachtige/zanderige lithologische karakter van deze HE's. Bij de exploitatie van de HE/BHG_1b Alluviale leem, zand en grind aquifer zijn ook geotechnische risico's (afzettingen) te verwachten. Als het technisch onmogelijk is om een HE met een interessant potentieel te exploiteren, kunnen deze HE's in het algemeen worden beschouwd als alternatieven, waarschijnlijker voor kleine installaties, op voorwaarde dat een Hydrogeologische haalbaarheidsstudie bevestigt dat onder meer de productiviteit voldoende is en dat de hierboven genoemde risico's gering zijn.
  • Rood = geen potentieel: De HE is niet geschikt voor de installatie van een geothermisch systeem vanwege een ongunstige hydrogeologische context (aquiclude-eenheid, zeer lage uitbreiding, ...).

Er dient opgemerkt dat deze indeling, hoewel realistisch, theoretisch blijft. Zo wordt bijvoorbeeld geen rekening gehouden met de verzadigde dikte (en dus ook niet met de transmissiviteit) van de SE’s. Deze optimistische benadering vereist dus dat het potentieel wordt bevestigd door een hydrogeologische haalbaarheidsstudie die onder andere gericht is op het evalueren van de capaciteit van de watervoerende laag om aan de behoeften van de warmtepomp te voldoen (en vervolgens het specificeren van de kenmerken en het aantal doubletten waaruit de toekomstige installatie zal bestaan).